Temperaturen im Kunststoffspritzguss

Annina Schopen,

Überwachung in mehreren Schichten

Forschende am Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST haben ein Sensorsystem entwickelt, mit dem Temperaturen direkt im Innern der dreidimensionalen Temperierkanäle gemessen werden können.
Sensorischer Multikupplungseinsatz zur Überwachung der Tempe­rierung. © Fraunhofer IST

Die exakte Temperierung und Durchflussregelung der Werkzeuge im Spritzguss ist eine wesentliche Voraussetzung, um qualitativ hochwertige Kunststoffteile ressourceneffizient, wirtschaftlich und prozesssicher zu fertigen. Um die Auslegung und Überwachung der Werkzeugtemperierung zu optimieren, müssen die realen Temperaturen, Drücke und Durchflüsse während des Spritzgussprozesses kontinuierlich erfasst werden. Am Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST wird dazu ein Sensorsystem entwickelt, mit dem erstmals die Temperatur direkt im Innern der dreidimensionalen Temperierkanäle gemessen werden kann.

Die Wissenschaftler:innen konstruierten dazu einen speziellen Sensoreinsatz, der in eine 6-Kreis-Multikupplung integrierbar ist. Auf dieses wechselbare Modul wurde bis in die Innenbereiche hinein ein multisensorisches Schichtsystem abgeschieden und die Leiterbahnen über den Rundungsbereich hinweg strukturiert. Das Dünnschichtsystem besteht aus einer piezoresistiven und verschleißbeständigen Diaforce-Schicht, auf der einzelne Elektrodenstrukturen aus Chrom abgeschieden werden. Es folgen zwei elektrische Isolationsschichten aus Aluminiumoxid bzw. Sicon, zwischen denen sowohl die Leiterbahnen von den Elektroden als auch ein Temperatursensor aus Chrom gefertigt werden. Das Schichtsystem zeichne sich durch seine Beständigkeit gegenüber den eingesetzten Medien aus, so das Institut.

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Metallischer Grundkörper beschichtet mit dem multisensorischen Schichtsystem. © Fraunhofer IST

Mit dem Sensoreinsatz könnten bereits jetzt Druck und Temperatur in Kontakt mit überströmendem Wasser gemessen werden. „Perspektivisch soll ein erweitertes Messsystem für die kombinierte Erfassung von Temperatur, Druck und Durchfluss entstehen. Derartige multisensorische Dünnschichtsysteme haben ein hohes Innovationspotenzial und bieten weitreichende Möglichkeiten im Bereich der In-situ-Überwachung in cyber-physischen Produktionssystemen“, so Anna Schott, Leiterin der Gruppe Mikro- und Sensortechnologie am Fraunhofer IST.

Zum Projekt

Die beschriebenen Ergebnisse wurden innerhalb des ZIM-Kooperationsprojekts Temperierkupplung mit integrierter vernetzter Sensortechnik (TivSee) gemeinsam mit den Firmen Nonnenmann und eck*cellent IT erzielt. Das Projekt wurde gefördert durch das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages sowie der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF).

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